(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源に接続された永久磁石同期モータが付設され、前記永久磁石同期モータを駆動するインバータ回路と、前記永久磁石同期モータの電流または直流電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段が検出した電流検出値を用いて前記永久磁石同期モータを制御する制御手段を有するインバータ装置において、
前記永久磁石同期モータとしてインダクタンスが所定値より大となるように巻線が巻き込まれた永久磁石同期モータと、
前記電流検出手段によって検出された電流検出値が、前記永久磁石モータの永久磁石が減磁し始める設定電流値以上となったことを検出する過電流検出回路と、
前記過電流検出回路が前記設定電流値以上となったことを検出したら前記インバータ回路を停止する保護手段とを備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
請求項１記載のインバータ装置において、
前記過電流検出回路は、前記電流検出手段が検出した電流が前記設定電流値以上になった場合に前記制御手段の演算器を介さずに過電流検出信号を出力することを特徴とするインバータ装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のインバータ装置において、
前記過電流検出回路は過電流を検出したら、過電流検出信号を前記インバータ回路に入力してこのインバータ回路を停止させることを特徴とするインバータ装置。
【請求項４】
室内機と室外機とを有し、前記室外機は室外熱交換器と圧縮機とを有し、前記室内機は室内熱交換器と膨張手段とを備えた空気調和機において、前記圧縮機を直流電源に接続された永久磁石同期モータが駆動する空気調和機において、
前記永久磁石同期モータを駆動するインバータ装置は請求項１乃至請求項３の何れかに記載のものであることを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機および空気調和機に用いるインバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動機の制御装置を備えた空気調和機において、高効率化の観点から永久磁石を備えた永久磁石同期モータを使用することが知られている。
【０００３】
永久磁石同期モータを駆動すると、駆動周波数に比例した誘起電圧がモータに発生するので、駆動周波数に比例してモータ印加電圧が増加する。駆動周波数が所定の周波数を越えると、モータ印加電圧はインバータ制御回路に接続された直流電圧により制限される。そこで、さらにモータを高速駆動するために、一般的には、弱め界磁制御方式などが適用される。
【０００４】
弱め界磁制御においては、電圧飽和領域においても駆動周波数が上昇するよう無効電流を流す制御としているので、結果的にモータの発生トルクに寄与する電流が減少する。そのため電圧飽和領域では、最大出力トルクが周波数とともに減少する。
【０００５】
このように弱め界磁制御を用いた空気調和機においては、例えば暖房時の立上がり能力を向上させるために、高速かつ高負荷の出力を確保する必要がある。そのための方法として、空気調和機に用いる電動機の印加電圧が飽和領域となる周波数を、高速側にシフトさせる方法が知られている。または、モータを制御するインバータ回路に、定格電流の大きな半導体パワー素子を使用し、高速かつ高負荷の出力を確保している。
【０００６】
一方、低速を重視した高効率モータを実現することは、モータに内蔵する磁石の磁束密度を大きくしたり、ステータ巻線を巻き込んでインダクタンス特性を向上させれば可能となるが、相対的に永久磁石の減磁電流が減少する。このようなモータに対して、駆動時に過渡的な負荷変動や瞬時的な停電から復帰したときに永久磁石同期モータに過大な電流が流れると、この過大電流によりインバータ制御回路の過電流破壊や過大な電流に起因する磁界によりモータに内蔵された永久磁石の減磁と言う現象を生じる。
【０００７】
この現象を回避するために過電流検出回路を用いて、過電流を防止する保護機能を備えればよい。例えば特許文献１では、過電流検出回路に加え運転電流の歪に関連した値を求め、この値が設定値以下になった場合に電動機への出力を遮断している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１４８３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、従来の空気調和機では、飽和領域となる周波数を高速側にシフトさせてモータを使用していたので、空気調和機の通常運転(低速)領域において、電圧利用率が低くなり効率が低下する。図１に、このようなインバータ制御装置を用いて永久磁石同期モータを駆動した例における総合効率を示す。図１で、横軸は周波数であり、縦軸は総合効率である。図１において、低速領域においては、全体出力に対して半導体パワー素子のスイッチング損失、および通流経路の抵抗成分による銅損、鉄損による損失の割合が増加し、効率が低下する。
【００１０】
また、単に永久磁石同期モータの飽和領域となる周波数を低速側にシフトさせるようモータ巻線を巻き込むと、モータに内蔵される永久磁石の減磁電流が低下する。そのため、過渡的な負荷変動や瞬停から復帰した場合には、モータ巻線に過大な電流が流れ、この過大な電流に起因して発生する磁界により、永久磁石の減磁が引き起こされる。
【００１１】
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、インバータ駆動装置を備えた冷凍装置において、高速かつ高負荷の出力を確保すると共に、低速時の高効率化を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の空気調和機では、永久磁石同期モータにおける通常運転(低速)領域の効率を重視して、電圧飽和領域となる周波数を低速側にシフトさせ、低速時の電圧利用率を向上させている。
【００１３】
さらに、低速を重視した永久磁石同期モータに対してインバータの印加電圧を向上させる制御を組合わせることで高速かつ高負荷時の出力を確保することを特徴とする。
【００１４】
さらに、上記の過電流検出回路において保護機能により直ちに直接インバータ回路を停止すると共に、インバータ回路を駆動する制御信号を出力している演算機に対しても過電流状態を通知し制御信号を直ちに停止することを特徴とする。
【００１５】
すなわち、直流電源に接続された永久磁石同期モータが付設され、前記永久磁石同期モータを駆動するインバータ回路と、前記永久磁石同期モータの電流または直流電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段が検出した電流検出値を用いて前記永久磁石同期モータを制御する制御手段を有するインバータ装置において、前記電流検出手段が検出した電流検出値が設定値以上となったことを検出する過電流検出回路と、この過電流検出回路が前記設定値以上となったことを検出したら前記インバータ回路を停止する保護手段とを設けることを特徴とする。
【００１６】
そしてこの特徴において、前記永久磁石同期モータはインダクタンスが所定値より大となるよう巻線が巻き込まれているのが好ましく、前記過電流検出回路は、前記電流検出手段が検出したモータ電流または直流電流が前記設定値以上になった場合に、前記制御装置のマイクロコンピュータやＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）等の演算器を介さずに過電流検出信号を出力することが望ましい。
【００１７】
また上記特徴において、前記制御装置は前記過電流検出回路が出力した過電流検出信号が入力されると前記インバータ回路を停止するのがよく、前記設定値は前記インバータ回路に設定された許容値と前記永久磁石モータが減磁し始める電流値のいずれか低い方の電流値であるのがよい。
【００１８】
さらに、空気調和機が、室内機と室外機とを有し、前記室外機は室外熱交換器と圧縮機とを有し、前記室内機は室内熱交換器と膨張手段とを有し、前記圧縮機を直流電源に接続された永久磁石同期モータが駆動するものであって、前記永久磁石同期モータを駆動するインバータ回路と、前記永久磁石モータの電流または前記直流電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段が検出した電流検出値を用いて前記永久磁石同期モータを制御する制御手段を有するインバータ装置を備え、前記電流検出手段が検出する電流検出値が設定値以上となったことを検出する過電流検出回路を設け、この過電流検出回路が過電流を検出したら前記インバータ回路に過電流検出信号を入力して前記インバータ回路を停止させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、インバータ駆動装置を備えた冷凍装置において、高速かつ高負荷の出力を確保すると共に、低速時の高効率化を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】永久磁石同期モータをの総合効率と周波数の関係を説明する図である。
【図２】本発明に係る冷凍装置の一実施形態のブロック図である。
【図３】図２に示した冷凍装置が備えるモータの制御装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の具体的な実施例を図２〜図３により説明する。図２は、本発明に係る冷凍装置の第１実施形態のブロック図である。
【００２２】
冷凍装置１は、圧縮機２、室内熱交換器３、室内膨張弁５、室外熱交換器４、アキュームレータ６を順次連結して構成されており、内部を冷媒が循環することにより冷凍サイクルが形成されている。この冷凍装置１では、室内を冷房する場合には、圧縮機２で圧縮された冷媒を室外熱交換３で凝縮して液化させた後、室内膨張弁５で減圧させる。その後、室内熱交換器４で冷媒を蒸発させ、蒸発した冷媒を圧縮機２に戻している。
【００２３】
室内送風機７は室内の熱交換を促進し、室外送風機８は室外の熱交換を促進するために、それぞれ冷凍装置１に設けられている。さらに、圧縮機２の内部には、永久磁石同期モータ９が配置されており、この永久磁石同期モータ９にはモータ駆動装置１０が接続されている。圧縮機２は、永久磁石同期モータ９により駆動されている。永久磁石同期モータ９はモータ駆動装置１０により制御され、冷凍サイクルに必要とされる能力に関連して圧縮機２の運転周波数を変化させる。
【００２４】
図３に、本発明の第１実施形態におけるモータ駆動装置１０をブロック図で示す。
このモータ駆動装置１０は、永久磁石同期モータ１１と、直流電源１２と、直流を交流に変換するインバータ１３と、直流電圧検出器１４と、インバータ１３の直流側に設ける母線電流検出器１５と、制御器１６と、過電流検出回路１７と、シャント抵抗１８を備える。直流電源１２は、外部の交流電源を直流に変換するコンバータ（整流器）やバッテリであり、インバータ１３の直流側に電力を供給する。制御器１６は、マイクロコンピュータもしくはＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）等の半導体演算素子を用いて、直流電圧検出器１４と母線電流検出器１５の検出信号を処理し、インバータ１３を構成する半導体パワー素子のオン／オフ制御信号を出力する。
【００２５】
インバータ１３は、制御器１６からの制御信号により直流を交流に変換し、永久磁石同期モータ１１の運転周波数を可変速で駆動する。過電流検出回路１７は、検出した母線電流が設定値以上となった場合に、過電流検出信号をインバータ１３へ出力し、制御器１６からのオン／オフ制御信号にかかわらず強制的に、半導体パワー素子を停止する。これにより、制御器１６による演算や入出力の遅延の影響を受けずに、瞬間的にインバータ１３を停止する。
【００２６】
母線電流によりシャント抵抗１８の両端には電圧が発生し、このシャント抵抗１８の両端に発生した電圧は、母線電流検出器１５により増幅された後、制御器１６がモータ電流を検出する。また、過電流検出回路１７は、シャント抵抗１８の発生電圧を基準電圧と比較し、所定値を超えた場合に過電流状態として過電流信号を出力する。過電流検出回路１７には、比較器を使用している。
【００２７】
本実施例によれば、過電流検出レベルを、インバータ１３を構成する半導体パワー素子が破壊しないレベル、もしくは、永久磁石同期モータが減磁しないレベルのいずれか低いほうに設定するので、過渡的な負荷変動や瞬時的な停電からの復帰時に過大な電流がインバータ回路および永久磁石同期モータに流れても、安全で信頼性の高い保護が可能となる。
【００２８】
また本実施例によれば、永久磁石同期モータの巻線を巻き込んでインダクタンスを大きくし、電圧飽和領域を低速側にシフトさせてインバータ駆動したので、空気調和機の通常運転領域(低速領域)で高効率駆動が可能になる。さらに、モータの巻線を巻き込んだので、モータに内蔵した永久磁石の減磁レベルが低下しても、上記保護装置が減磁電流以下で過電流に対し保護するので、減磁レベルの小さなモータにおいても安全で信頼性の高い保護が可能となる。
【００２９】
なお、従来の永久磁石同期モータを有する空気調和器では、通常運転領域(低速)における半導体パワー素子のスイッチング損失や、負過電流の通流経路における銅損や鉄損等の損失の割合が相対的に増加し、低速時の総合効率が低下して、高効率なモータ駆動ができなかった。この損失を低減するために、単に永久磁石同期モータのステータ巻線を巻き込んで電圧利用率を向上させても、モータが内蔵する久磁石の減磁電流が低下し、通常運転時において過渡的な負荷変動や瞬時停電からの復帰時に、モータ巻線に過大な電流が流れ、この過大電流により発生する磁界により永久磁石が減磁する。
【００３０】
これに対して、本実施例の永久磁石が付設されたインバータ装置によれば、直流電源に接続された永久磁石同期モータを駆動するインバータ回路と、モータ電流または直流電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段で検出した電流検出値を用いて永久磁石同期モータを制御する制御手段を有しており、電流検出手段が検出する電流検出値が設定値以上となったことを検出することが可能となる過電流検出回路を備えることで、上記不具合を解消できる。
【００３１】
すなわち、電流検出手段が検出したモータ電流または直流電流が設定値以上になった場合に、インバータ回路を停止する保護手段を過電流検出回路が有するので、減磁に対する保護となる。また、インダクタンスを大きくするために、巻線を巻き込んで低速時における電圧利用率を向上させているので、永久磁石同期モータを有するインバータ装置の低速時のモータ電流が低下し、低速でのインバータ効率が向上しインダクタンスが大きくなる。これにより、モータ電流をＰＷＭ(パルス幅変調)するときのリップルの影響が小さくり、鉄損が減少してモータ効率も向上する。
【００３２】
なお本発明は、空気調和機に限るものではなく、冷蔵庫や冷凍設備等の他の冷凍装置にも適用できる。
【符号の説明】
【００３３】
１  冷凍装置
２  圧縮機
３、４  熱交換器
５  室内膨張弁
６  アキュームレータ
７、８  ファンモータ
９  永久磁石同期モータ
１０  モータ駆動装置
１１  永久磁石同期モータ
１２  直流電源
１３  インバータ
１４  直流電圧検出器
１５  母線電流検出器
１６  制御器(制御手段)
１７  過電流検出器
１８  シャント抵抗。
【図１】
0005325922.tif 000002
【図２】
0005325922.tif 000003
【図３】
0005325922.tif 000004